[发明专利]基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统标定方法

说明书

本发明公开了一种基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统标定方法，可快速便捷对三维扫描系统进行标定，能有效的解决货车、卡车等车厢容器的三维扫描系统中视觉坐标系和桁架机器人坐标系的归一化问题，且标定方法简单便捷，为后续三维扫描系统的测量和定位提供必要的一致性数据，该标定方法解决了大范围测量视觉标定的困难，提高了大范围视觉测量的精度。

技术领域

本发明涉及自动码垛装车技术领域，尤其涉及一种基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统标定方法。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，可以快速、大量的采集空间点位信息，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。在逆向工程、测绘工程、工业测量、数字城市地形可视化等众多领域有广泛的应用。

激光雷达具有测距速度快、精度高、获取的测量信息直观等优点，在军事、航空和民用等领域得到了越来越广泛的应用。目前，激光雷达主要分为二维激光雷达和三维激光雷达两种。二维激光雷达只能在单一扫描平面上得到距离和角度信息，以极坐标的形式进行保存，而且把得到的数据经过后期处理还原成的图像也只是被扫描物体在激光雷达扫描平面上的二维轮廓图。而三维激光雷达可以在二维扫描的同时还能转动扫面平面，这样便可以直接扫描得到空间点的三维数据信息，并能更直观的反映被扫描物体的外形特征，因此在一些导航、工程测量等重要的领域具有更大应用价值，但价格昂贵。

在实际工业生产中，袋装或箱装物品装车形式非常普遍。目前，人们在码垛装车环节中仍然普遍采用人工搬运码垛的方式，这样不仅需要大量的人力，而且在一些恶劣环境下，对工作人员的身体健康危害也极大。为解决这些问题，解放劳动力，我们可以直接选用三维激光雷达对装车车辆的车厢进行扫描，然后通过扫描数据直接获取车辆外形轮廓的尺寸信息。但是三维激光雷达价格昂贵，在普通的民用企业的装车环节中使用并不现实。因此，现有二维激光雷达主要应用于移动机器人避障、区域检测、区域监控等功能，还很少将其用于测量等领域，尤其是针对较大型测量对象的三维扫描测量的领域。在三维扫描测量领域，也没有针对相关三维测量的标定方法，因此，解决这一类的问题显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统标定方法，以解决大范围测量视觉标定的困难，提高大范围视觉测量的精度，并通过简易的标定方案，可快速便捷对三维扫描系统进行标定。

为了实现上述技术方案，本发明提供了一种基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统标定方法，包括以下步骤：

步骤一：建立对车厢容器的三维扫描系统，由主控制器控制纵向运动轴沿着桁架机器人沿扫描方向运动，上位工控机同时与主控制器和二维激光雷达进行数据交互，确保数据交互的实时性与准确性，待二维激光雷达扫描完成，对主控制器和二维激光雷达的数据进行整合，随之建立标定物的原始三维无序点云数据模型；

步骤二：选用标定物，并将标定物放在二维激光雷达正下方的地面上，然后再标定头法兰安装在桁架机器人末端机械手部位，保持标定头整体呈垂直状态，以保证标定头顶尖垂直指向地面；

步骤三：根据二维激光雷达和桁架机器人的各运动轴设定情况，建立OXYZ二维激光雷达视觉坐标系以及O₁X₁Y₁Z₁桁架机器人坐标系；

步骤四：根据实际环境，将标定物依次在桁架机器人的正下方摆放，通过主控制器带动桁架机器人对标定物进行扫描，获取标定物的三维无序点云数据，根据该三维扫描系统点云处理方法，依次获取标定物的四个角点P1-P4在视觉坐标系中的坐标位置；